ESA:s JUpiter ICy moons Explorer-uppdrag (JUICE) till det jovianska systemet kan enkelt bekräfta förekomsten av vatten på Europa, finner en ny studie. Enligt forskningen, det är möjligt att detektera vattenmolekyler (H2O) och vattenjoner (H2O+) från månens plymer under ett flygförbi-uppdrag.

De misstänkta vattenångplymerna som bryter ut på Jupiters måne Europa förbryllar fortfarande forskare som söker efter beboeliga miljöer i solsystemet. Det antas att Europa har ett stort flytande hav under ytan, och dessa plymer kan vara en indikator på vatten som bryter ut från månens inre. Därav, de erbjuder en fantastisk möjlighet att samla prover som kommer från under det tjocka lagret av is, där många mysterier av utomjordiskt liv kan vänta på att nystas upp.

Nya observationer av Europa med Hubble Space Telescope (HST) visar en plym som stiger cirka 62 miles (100 kilometer) över ytan. Forskare uppskattar att dessa plymer kan stiga till och med 125 miles (200 kilometer) innan de regnar material tillbaka ner på den isiga ytan.

Enligt en ny studie utförd av ett team av europeiska forskare, dessa plymer bör undersökas grundligt av ett framtida flygförbi-uppdrag som JUICE för att bekräfta förekomsten av vatten. I en färsk tidning, forskarna studerade genomförbarheten av in situ-mätningar av Europas plymer genom att modellera banorna för neutrala och joniserade plympartiklar och respektive mätningar med neutrala och jonmasspektrometrar.

"Istället för att använda "fotoner" som Hubble gör, vi kommer att använda in-situ partikeldata. Detta innebär att vi kommer att validera närvaron av vatten oberoende med hjälp av in situ-data. JUICE är uppdraget som kan göra detta, eftersom den kommer att vara utrustad med PEP-instrumentet (Partikelmiljöpaket) som är lämpligt för denna mätning, "Yoshifumi Futoena, medutredare av JUICE/PEP-instrumentet vid Svenska Institutet för rymdfysik sa till Astrowatch.net.

PEP är ett plasmapaket med sex sensorer för att karakterisera plasmamiljön. Det kommer att mäta densitet och flöden av positiva och negativa joner, elektroner, exosfärisk neutral gas, termisk plasma och energiska neutrala atomer. Paketet kommer att innehålla Jovian plasma Dynamics and Composition (JDC) sensor som mäter vattenjoner, och den neutrala gas- och jonmasspektrometern (NIM)-sensorn som mäter vattenmolekyler.

Futaana och hans kollegor är övertygade om att partiklarna i lågmassflödesplymer (1 kg/s) kan detekteras av PEP med stora marginaler. Vidare, Resultaten av deras studie tyder på att plymsignalen är igenkännbar som en tidsmässig signalförstärkning av en storleksordning i H2O-räknehastigheten under sex minuter. Detta innebär att upptäckten av vattenplymer under en förbiflygning är, verkligen, möjlig.

"Vårt papper visar att plymerna kan detekteras från JUICE-förbiflygningarna med partikelinstrument som upptäcker (vatten)partiklar i närheten av rymdfarkosten. Så är fallet även om plymen är betydligt mindre än vad som har observerats. Med detta, vi menar att plymer i vårt arbete bara släpper ut ett kilo vatten per sekund, medan den allra första plymobservationen indikerade 7, 000 kg vatten släpps ut per sekund, " Hans Huybrighs från Max Planck Institute for Solar System Research i Tyskland, en av medförfattarna till tidningen, berättade SpaceFlight Insider.

Författarna till studien betonar att även vid relativt små vattenplymer, vattenatomerna som dissocierar från molekylerna, såväl som deras joner, skapa betydande signaler. Dock, än så länge, Hubble-observationer av plymerna upptäckte endast atomärt syre. Med tanke på mängden syre och andra överväganden, man drog slutsatsen att dessa syreatomer måste härröra från dissocierade vattenmolekyler.

"Detta skulle också förklara de observerade rumsliga egenskaperna, som tolkades som en plym. Även om det hela är mycket troligt, och är inte ifrågasatt i det vetenskapliga samfundet, det är en tolkning. PEP on JUICE kommer att kunna bekräfta denna tolkning och tillhandahålla mycket ytterligare data för att förstå plymens natur, dess sammansättning, och dess relation till underytan av Europas isskal, som mestadels är vattenis, " sa Peter Wurz vid universitetet i Bern i Schweiz till Astrowatch.net.

Forskarna har också visat att plymkällans geometri inte påverkar densitetsfördelningarna. Därför, det kommer inte att påverka deras detekterbarhet vid användning av PEP. De noterade att det inte spelar någon roll om det är en punktkälla eller en flera hundra mil lång spricka.

Allt som allt, JUICE utrustad i PEP-instrumentet har potential att ta en titt på Europas underjordiska hav utan att borra månens isiga skal. Detta hav kan innehålla många ledtrådar till mysterier om livet bortom jorden.

"What is so interesting about this ocean is that it has probably been there for a long time, and that there could be sources of energy for life in it, like geothermal vents on the bottom of the ocean, making Europa's ocean a very interesting environment that is possibly habitable for some form of life, " Huybrighs concluded.

JUICE mission is planned to be launched in 2022. The spacecraft will perform two flybys of Europa in early 2031. During these flybys, JUICE is expected to approach Europa up to a height of about 250 miles (400 kilometers).